专利名称：气体燃料用复合式混合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及以LPG(液化石油气)、天然气等气体燃料为燃料的发动机的燃料供给用混合器，尤其涉及具有一次侧及二次侧的双联吸气通路的复合式混合器。
气体燃料用复合式混合器采用将低·中负荷时用的一次侧吸气通路与中·高负荷时用的二次侧吸气通路并列设置的双联筒结构，一次侧吸气通路上设有一级汾丘里管，二次侧吸气通路上设有二级汾丘里管，各自从喷嘴接受气体燃料供给。气体燃料被调压器大致减压到一定压力，并通过燃料通路送到一级汾丘里管和二级汾丘里管，一旦各吸气通路的节流阀根据负荷打开，由于发动机侧的吸气负压，空气就被吸入，其气流通过汾丘里管时产生的汾丘里管负压就使燃料被吸入吸气通路内。这种气体燃料的燃料通路通常由将调压器和一级汾丘里管连接的一次燃料通路以及与该一次燃料通路的途中连接且与二级汾丘里管连通的二次燃料通路构成。
另一方面，为了提高发动机的燃烧效率和输出功率、减少燃料费用和废气排出，要调整或控制燃料的空燃比。这种空燃比控制如下进行，即，在譬如排气管上设置氧浓度传感器，并根据在理论空燃比附近骤变的氧浓度传感器的输出而反馈控制燃料供给量，以用理论空燃比进行燃烧。
然而，在传统的气体燃料用复合式混合器上，极难进行稳定的高精度空燃比控制。这是由于在汾丘里管负压作用于一级汾丘里管并供给燃料的低负荷运转时，空气会从节流阀关闭、没有负压作用的二级汾丘里管通过二次燃料通路而向一级汾丘里管逆流。
另一方面，为了防止空气的这种从二级汾丘里管向一级汾丘里管的逆流，有一种气体燃料用复式气化器(日本实用新型公告1964-15720号公报)是在二次燃料通路上设置阻气阀，以在作低负荷运转时，即负压不作用于二级汾丘里管时将空气切断。
然而，即使设置这种切断空气用的阀，由于混入二次燃料通路内的空气(燃料没有充满)和阀的动作时间延迟、或者泄漏、或针对负压设定的阀驱动压力等原因，很难完全防止空气逆流，而且有时从二级汾丘里管排出气体燃料还会延缓。
另外，一旦由于这种从二级汾丘里管向一级汾丘里管的空气逆流导致空燃比不能得到恰当控制，在加速时等就不能向一级汾丘里管充分供给加速燃料，使响应性低下。
上述来自二级汾丘里管的空气逆流还会使低于怠速(offidle)时A/F过于稀薄，成为发动机熄火的原因。
本发明考虑了上述传统技术，目的在于提供一种气体燃料用复合式混合器，能在允许空气从二级汾丘里管向一级汾丘里管逆流的状态下或是抑制逆流的状态下调节空燃比，同时提高向汾丘里管供给燃料的响应性。
为了实现上述目的，本发明是一种气体燃料用复合式混合器，将一级汾丘里管和二级汾丘里管并列设置，且具有与该一级汾丘里管连通的一次燃料通路和与该一次燃料通路的途中连接且与前述二级汾丘里管连通的二次燃料通路，其特点是，在前述二次燃料通路的途中设置大气导入部，同时可对将导入的大气流量进行调节。
采用上述结构，是在低负荷运转区域，在空气从二级汾丘里管逆流到一级汾丘里管的二次燃料通路中，设置使来自二级汾丘里管的不能控制流量的流入空气与来自大气导入管的可控制(调节)流量的流入空气合流、并对合流后的综合气流进行流量控制的流量控制构件，以此来调节一级汾丘里管及二级汾丘里管的燃料流量，并控制空燃比。
通过这样始终恰当地控制空燃比，可以防止逆流空气导致的燃料过度稀薄化，提高加速时等的响应性，并且防止过度稀薄化导致的发动机熄火。
较佳结构是在前述大气导入部的上游一侧的前述二次燃料通路上设置节流孔等流量限制构件。
采用上述结构，节流孔等流量限制构件可使二次燃料通路变窄，能有效地将一级汾丘里管与二级汾丘里管分离，在不妨碍燃料和空气流通的状态下可靠地实现的各自的动作，同时能正确地计量流量，进行高精度的空燃比控制。
再一较佳结构是在分别设有前述一级汾丘里管及二级汾丘里管的吸气通路上设置汽油燃料用的气化器。
采用上述结构，既可使用气体燃料，又可使用汽油燃料，故对燃料的通用性强。
本发明又一较佳结构是在前述一次燃料通路和二次燃料通路的连接部连接向二次燃料通路喷射高于大气压的高压燃料的高压燃料通路。
采用上述结构，是通过喷射高压燃料来抑制来自二次燃料通路的空气逆流。
另外的较佳结构是在前述一级汾丘里管上连接与前述一次燃料通路分属不同系统的高于大气压的高压燃料通路。
采用上述结构，高压燃料除了一次燃料通路外还直接向一级汾丘里供给，故尤其能提高响应性。
再一较佳结构是，前述一次燃料通路是燃料供给用调压器的主通路，前述高压燃料通路是前述调压器的低速通路。
采用上述结构，是在喷射高于大气压的低速燃料来防止空气逆流的同时，将该低速燃料直接供给一级汾丘里，从而可提高响应性。
以下是对附图的简单说明。
图1是本发明实施形态的气体燃料用混合器的基本结构图。
图2是本发明又一实施形态的气体燃料用混合器的基本结构图。
图3是应用了本发明后的发动机的结构图。
图4表示本发明的调压器和混合器的连接。
图5是本发明混合器的又一结构示例。
图6是本发明混合器的流量特性图。
图7是本发明再一实施例形态的基本结构图。
图8是设有图7混合器的发动机的结构图。
图9表示图8的混合器与调压器的连接部。
以下结合
本发明的实施形态。
图1是本发明实施形态的气体燃料用复合式混合器的基本结构图。
混合器1具有并列的一级汾丘里管2和二级汾丘里管3，在一级汾丘里管2及二级汾丘里管3的内周面分别设有喷出燃料的一级喷嘴4和二级喷嘴5。与未图示的调压器连接的一次燃料通路6与一级汾丘里管2连通。在该一次燃料通路6的途中连接着与二级汾丘里管3连通的二次燃料通路7。在一次燃料通路6的一级喷嘴4的附近设有一次燃料调节螺钉8。另外在二次燃料通路7的二级喷嘴5的附近设有二次燃料调节螺钉9。
在二次燃料通路7的途中设有节流孔10，在其下游侧、即在该节流孔10与二级喷嘴5之间的二次燃料通路7上连接有大气导入管11。大气导入管11通过空气滤清器12而将大气导入二次燃料通路7，在该大气导入管11上，设有调节要导入的大气流量的大气调节螺钉13。
在一级汾丘里管2下游一侧的一次吸气通路19上，设有汽油燃料用的节流阀14及汽油用一次汾丘里管15，在其下游一侧设有气体燃料及汽油共用的一次节流阀16。另外在二级汾丘里管3下游一侧的二次吸气通路20上设有汽油燃料用的二次汾丘里管17，在其下游一侧设有气体燃料及汽油共用的二次节流阀18。
在上述结构的气体燃料用复合式混合器上，在起动时或低负荷运转区域，一次节流阀16打开，二次节流阀18关闭，燃料从一级喷嘴4供给。这时由于二级汾丘里管3一侧为大气压，故空气受一级汾丘里管2一侧的吸气负压吸引而通过二次燃料通路7逆流。本发明在该逆流空气形成的同时，还通过大气导入管11导入用大气调节螺钉13预先调节了流量的大气与其合并，并由一次燃料调节螺钉8调，故可得到所需的空燃比。另外，即使在负荷增大、二次节流阀18已打开时，只要配合预先调节好的大气导入量相应地调节二次燃料调节螺钉9，也能与来自一级喷嘴4的燃料合并得到所需的空燃比。
图2是本发明又一实施形态的结构图。
本实施形态是气体燃料专用的混合器结构，省略了前述图1中汽油用的节流阀14和一次及二次汾丘里管15、17。结构简单。其他结构及作用效果则与前述图1的实施形态相同。
图3是本发明更具体的实施形态的结构图。
在发动机21的汽缸盖22上形成吸气口23和排气口24，分别装有吸气阀25及排气阀26。吸气口23上连接吸气管32，排气口24上连接排气管27。在排气管27上安装有废气净化催化器28，同时安装有氧浓度传感器29。废气的一部分通过EGR管30后经过EGR阀31返回吸气管32中，使NOx降低。
在吸气管32上设有二级双联气化器33。该二级双联气化器33自身的结构是公知的。这里作简单说明，即，燃料通过因浮子34的作用而动作的浮子阀35向浮子室36供给。37是通气口。在一级的吸气通路19上设有怠速调节螺钉38来进行怠速调节。同时根据节流阀16的开度从主喷嘴39通过小汾丘里管40吸引燃料。二级的节流阀18响应隔膜41在负压下的动作而打开，从二级的主喷嘴42通过小汾丘里管48将燃料吸引到二级方的吸气通路20上。43是一级主喷嘴，44是主射流阀，45是二级主喷嘴，46是加速泵。
在气化器33的上游一侧设有空气滤清器49。在该空气滤清器49的要素49a的内侧，本发明的混合器1与前述气化器33连接。与混合器1的一级汾丘里管2连通的一次燃料通路6与调压器50连接。调压器50与未图示的气体燃料罐连接。二次燃料通路7从一次燃料通路6延续并与二级汾丘里管3连通。在该二次燃料通路7上设有节流孔10，同时在其下游一侧连接大气导入管11。本实施形态是在该大气导入管11上设置调节流量用步进电动机51。该调节流量用步进电动机51受ECU(控制装置)52控制驱动，并用空气抽取管72将通过了要素49a的大气送入二次燃料通路7。对ECU52输入节流阀开度信号a、发动机冷却水温信号b、发动机转速信号c、氧浓度传感器信号d、废气温度信号e、吸气负压传感器信号f等运转状态检测数据，并根据这些数据进行点火时间和空燃比控制。另外，该ECU52如后所述，对调压器50的低速制动(slow lock)电磁阀60进行驱动控制。
图4表示调压器50和混合器1的连通路径。
气体燃料通过燃料软管53后沿箭头A送往调压器50。燃料通过预热器54并用燃料自身的气化压力而将第1阀门55推开，进入一次减压室56进行减压气化。一旦一次减压室56到达规定压力，第1隔膜57就受到推压并通过钩子58使杠杆59作动，将第1阀门55关闭。一旦起动器(未图示)起动，与ECU52(图3)连接的低速制动电磁阀60就打开，已用调节螺钉62调节的燃料就通过低速通路61而与主通路63(一次燃料通路6)合流，沿箭头B供给发动机并开始燃烧爆发。
然后，一旦节流阀打开，汾丘里管的负压就经过主通路63而施加给第2减压室64，由于该负压的作用，通过第2隔膜65使杠杆67作动以将第2阀门66打开。由此使燃料从第1减压室56进入第2减压室64，并通过主通路63而供给发动机。
主通路63是与前述的本发明混合器1的一级汾丘里管2连通的一次燃料通路6，其途中与向二级汾丘里管3供给燃料用的二次燃料通路7连通。在该二次燃料通路7上设有节流孔10，同时开有大气导入口11’。在该大气导入口11’的开口部装有步进电动机51，对将导入的大气流量进行调节。这样，如前所述，就可配合一次燃料调节螺钉8及二次燃料调节螺钉9的燃料流量调节来实现适当的空燃比控制。
图5表示本发明又一种混合器的形状示例。其中(A)是俯视图，(B)是包括(A)的B-B剖视部分在内的空气滤清器的内部结构图，(C)是(A)的C-C剖视图。
与前述图3的示例同样，在空气滤清器49的要素49a的内侧设置本发明的混合器1。混合器1具有一级汾丘里管2的二级汾丘里管3，分别通过一次燃料调节螺钉8及二次燃料调节螺钉9与一次燃料通路6及二次燃料通路7连通。在二次燃料通路7上设有节流孔10，同时开有大气导入口11’，在该大气导入口11’的开口部装有大气调节螺钉13。该混合器1的作用效果与前述各例相同。
图6是从实验获得的本发明混合器的流量特性图。横轴表示吸气流量(单位是g/sec)，纵轴表示燃料流量(单位是换算成空气后的L/min)。
曲线a表示在用本发明的混合器将大气调节阀完全关闭、使大气导入量为零时燃料比例的上限值，曲线b表示空燃比0.9，曲线c表示本发明混合器的实测值，曲线d表示空燃比1.0，曲线e表示空燃比1.1，曲线f表示大气调节阀全开时燃料比例的下限值。曲线b、d、e是100％丙烷燃料的计算值。
根据实验结果，如曲线c所示，通过调节大气导入量，可以使空燃比与理论空燃比基本一致。由此可确认，可用譬如氧浓度传感器来高精度地控制空燃比。
图7是本发明又一实施形态的结构图。
该实施形态是在与一级汾丘里管2连通的一次燃料通路6和与二级汾丘里管3连通的二次燃料通路7之间的连接部连接高压燃料通路(譬如低速通路)的喷射端部73，以将高于大气压的高压燃料向二次燃料通路7侧喷射。由此来抑制空气从二次燃料通路7向一级汾丘里管2逆流。在一次燃料通路6上连接着来自调压器等燃料供给系统的主燃料通路71。
另外，本实施形态除了一次燃料通路6以外，还从另外的燃料通路(譬如从上述低速通路分支出来的分支低速通路74)直接供给燃料。因此，尽管空气从二次燃料通路7向一级汾丘里管2逆流，仍能向一级汾丘里2供给足够的的燃料，提高了加速时等的响应性。
图8是图7混合器的具体结构图，图9是其调压器和混合器之间的连接结构部分的详细图。
如图所示，调压器50具有主通路71和低速通路75，它们不在途中合流而是各自如下述那样与混合器1连接。其他结构、即调压器50自身和混合器1自身以及发动机21自身的结构及作用效果与前述图3及图4的示例相同。
在图8及图9的实施形态中，在与一级汾丘里管2连通的一次燃料通路6上连接来自调压器50的主通路71。在该一次燃料通路6上，与前述的实施形态同样，连接着设有节流孔10的二次燃料通路7。在该一次燃料通路6和二次燃料通路7之间的连接部，从与二次燃料通路7相对的方向连接着来自调压器50的低速通路75的喷射端部73。
另外，从该低速通路75分支出来的分支低速通路74直接与一级汾丘里2连接。
如前述的图4所示，气体燃料通过燃料软管53后沿箭头A送往调压器50。燃料通过图中A室的预热器54并用燃料自身的气化压力将第1阀门55推开，进入一次减压室56(B室)进行减压气化。一旦一次减压室56(B室)达到高于大气压的规定压力(通常为24.5-34.3Kpa)，第1隔膜57就受到推压并通过钩子58使杠杆59作动，将第1阀门55关闭。发动机起动时，一旦起动器(未图示)起动，与ECU52(图8)连接的低速制动电磁阀60就打开，已用调节螺钉62调节的燃料通过低速通路61送出并供给发动机，开始初始爆燃。
然后，一旦将节流阀打开，汾丘里管的负压就经过主通路71施加给第2减压室64(C室)，该负压的作用通过第2隔膜65使杠杆67作动，将第2阀门66打开，由此，燃料从第1减压室56(B室)进入第2减压室64(C室)，并通过主通路71而供给发动机并完成燃烧爆发。该主通路71如前所述，是连接在与本发明混合器1的一级汾丘里管2连通的一次燃料通路6上的燃料通路。
在本实施形态的场合，与压力高于大气压的B室连通的调压器50内部的低速通路61与调压器50外部的低速通路75连通，且不与负压所作用的主通路71合流，而是保持作为低速通路独立的另外系统，将高于大气压的低速燃料从喷射端部73向二次燃料通路7喷出。由此，可以抑制通过二次燃料通路7而从二级汾丘里管3向一级汾丘里管2的空气逆流。
还有，由于从该低速通路75分支出来的分支低速通路74直接与一级汾丘里管2连接并供给低速燃料，故响应性提高。
如上所述，本发明在低负荷运转区域，在空气从二级汾丘里管向一级汾丘里管逆流的二次燃料通路中积极地导入大气，并可通过调节其大气流量来调节燃料流量并控制空燃比。
这样，通过始终恰当地控制空燃比，可以防止逆流空气导致的燃料过度稀薄化，提高加速时等的响应性，还可防止发动机失速。在这种场合，由于不是将高于大气压的低速燃料等与负压所作用的主通路合流，而是直接向二次燃料通路喷射，故可控制空气通过二次燃料通路而逆流，可防止过度稀薄化。这样，可以恰当地控制空燃比，同时可提高加速时等的响应性，还可防止发动机失速。另外通过直接向一级汾丘里管供给该低速燃料，可进一步提高加速时等的响应性。
权利要求
1.一种气体燃料用复合式混合器，将一级汾丘里管和二级汾丘里管并列设置，具有与该一级汾丘里管连通的一次燃料通路和与该一次燃料通路的途中连接且与所述二级汾丘里管连通的二次燃料通路，其特征在于，在所述二次燃料通路的途中设置大气导入部，同时可对将导入的大气流量进行调节。
2.根据权利要求1所述的气体燃料用复合式混合器，其特征在于，在所述大气导入部的上游一侧的所述二次燃料通路上设置流量限制构件。
3.根据权利要求1或2所述的气体燃料用复合式混合器，其特征在于，在分别设有所述一级汾丘里管及二级汾丘里管的吸气通路上设有汽油燃料用的气化器。
4.根据权利要求2所述的气体燃料用复合式混合器，其特征在于，在所述一次燃料通路和二次燃料通路的连接部连接向二次燃料通路侧喷射高于大气压的高压燃料的高压燃料通路。
5.根据权利要求2所述的气体燃料用复合式混合器，其特征在于，在所述一级汾丘里管上连接与所述一次燃料通路分属不同系统的高于大气压的高压燃料通路。
6.根据权利要求4或5所述的气体燃料用复合式混合器，其特征在于，所述一次燃料通路是燃料供给用调压器的主通路，所述高压燃料通路是所述调压器的低速通路。
全文摘要
一种气体燃料用复合式混合器,将一级汾丘里管和二级汾丘里管并列设置,具有与该一级汾丘里管连通的一次燃料通路和与该一次燃料通路的途中连接且与所述二级汾丘里管连通的二次燃料通路,其特征在于,在所述二次燃料通路的途中设置大气导入部,同时可对将导入的大气流量进行调节。本发明可在允许空气从二级汾丘里管向一级汾丘里管逆流的状态下调节空燃比。
文档编号F02M19/10GK1245864SQ9911810
公开日2000年3月1日 申请日期1999年8月17日 优先权日1998年8月19日
发明者栗原仙幸, 饭田佳且 申请人:雅马哈发动机株式会社